控制變量法在小學科學課堂中的應用

彭能波

摘要：控制變量法是科學探究中的重要思想方法，在小學科學課中，啟發引導學生利用控制變量法設計探究實驗，有利于學生科學素養的培養。《小學科學課程標準》要求小學科學從五年級開始，學生應初步具備控制變量的意識，并能設計單一變量的實驗方案。

關鍵詞：控制變量法;小學科學;擺的研究

控制變量法的應用范圍很廣，無論是小學科學還是中學生物、物理、化學等學科都會在實驗當中運用這種方式來培養學生的科學素養。在小學科學教材中沒有出現“變量”這個詞。出現的只是“相同（不變）的條件”和“不同（改變）的條件”。無關變量就是要控制統一的變量，即為實驗中“相同的條件”，確定變量就是分清對比實驗中“相同的條件”和“不同的條件”。

明確相關變量

控制變量首先要明確哪些是變量，也就是盡可能地找到影響事物的所有因素，進而找到控制了誰，讓誰變化。

“擺的研究”一課的實驗中，在前一課的實驗基礎上，學生對于影響擺的快慢的因素一般會做出如下猜測：擺幅大小、擺繩長短、擺錘重量等，面對諸多因素，學生無從下手，這時，需要教師引導進行全班討論，先確定一個要研究的因素，作為“不同的條件”，則其它因素都作為“相同的條件”。如確定“擺幅大小”作為研究的因素，那么不同的、改變的條件（實驗變量）就是擺幅大小。其他因素如擺繩長短、擺錘重量、實驗裝置、人員操作的方法等諸多因素就作為實驗中要保持不變的“相同條件”，即無關變量。不同的條件需要改變，相同的條件需要不變，這兩種變量都需要控制。分清了實驗中實驗變量和無關變量，才能有效學習科學課。

精選實驗材料

蘭本達教授曾提出：“材料引起經歷，材料促成思維。”讓材料更具結構性，是探究活動得以開展的重要保證，也是學生積極參與探究活動的前提，對實現有效探究與概念的雙螺旋發展具有重要作用。在對比實驗中，精選最好、最合適的材料，可以保障實驗的“公平”。

《擺的研究》是教科版五年級（下冊）“時間”單元中的教學內容，原教材的材料很簡單，教學中出現了不少問題：①用鐵夾夾住細繩或將細繩打結，懸點都不會完全固定，擺動時不夠平穩，幾次擺動之后，擺動方向明顯改變;②用螺母或鉤碼做擺錘，用增加螺母或鉤碼的個數來改變擺錘重量，重心容易改變，導致誤差變大;③實驗室的鐵架臺都不是很高，導致擺繩太短，很容易就出現圓錐擺;④擺幅與擺繩長度不好確定，使實驗產生偏差。以上四點，都將導致實驗中變量不能有效控制，影響實驗效果。因此，筆者在實際教學中，對實驗材料做了如下改進：將細繩穿過裝置頂端橫桿的細孔，末端用夾子夾住，這樣懸點就比較固定了，松開夾子，調整繩長比較方便;將擺錘改成一個容易分合的空心球，球中裝入不同質量的珠子來改變輕重（空心為4克、塑料球為8克、玻璃球為16克），擺錘外徑不變，重心穩定;增加支架高度到80cm，隨著長度的增加，單擺更加穩定，誤差更小;設計3個寬度為5cm的弧形標尺，正面標上角度，方便確定擺幅;并將它們分別固定在離懸點25cm、50cm、75cm的位置上，繩長也就容易確定，變量得到有效控制。通過以上幾個方面的改進，本實驗中的變量得到有效控制，實驗效果顯著提升。

實驗方法得當

一套好的材料能成就一節好課，但是，再好的材料也需要實驗者掌握正確的操作技巧，使用正確的操作方法，這樣才能控制有關的變量，才能保證學生公平地操作。

以往，在進行“影響擺的快慢因素”實驗中，計數時通常采用“最高點計數法”，即學生放手開始計時，來回計數1次。在實際操作中，這種計數法往往讓學生手忙腳亂，極易出錯。筆者改用“平衡點計數法”，在支架正下方擺錘經過的最低點固定一個紅色標志，規定過標志就計數，具體分工如下：A同學計數，數3、2、1、0、1、2……;B同學計時，A數到0時開始計時，10秒停止計數;C同學記錄;D同學監督。這樣做，可以避免多記或少記，數據更準確。

教材中對實驗條件的要求只是一個籠統的界定，沒有一個具體確切的數字。這讓學生對變量的控制造成不必要的影響。在對比實驗中，實驗變量是以不同量變的形式改變的，控制實驗變量時應讓量變程度盡量大些，最好是成倍增加，即當次實驗變量的變化是上一次實驗變化的2倍。在實際教學中，筆者將實驗中涉及到的因素都給出了明確的數量：擺錘的輕重固定為4克、8克、16克;擺繩的長短固定為20cm、40cm、60cm;擺幅大小固定為2°、5°、10°（單擺在擺角小于5°<現在一般認為是小于10°>的條件下振動時，可近似認為是簡諧運動）。有了明確的數量，實驗現象就會更直觀、更明顯，而且精確的數據可以幫助學生建立起正確的科學概念。

新課標指出：以學生發展為本。控制變量法在教學中的滲透，既可以鍛煉學生收集信息的能力，也可以培養學生的解決問題能力和創新能力。所以，在教學中，應該充分發揮控制變量法的優點與功能，為學生科學素養形成打下堅實的基礎，為教學服務。

參考文獻

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[2]陸永勝.學會在對比實驗中控制變量[J]. 科學大眾（科學教育），2012（09）.

（作者單位：福建省古田縣第一小學）